JP2008543720A - 炭化水素燃料から水素を生成するための改質器と改質方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(数式1)CO+H2O=CO2+H2
本発明は、実施形態の幾つかでは、水素を生じさせる方法と装置を提供するが、濃いガス流内で改質触媒上で炭化水素燃料の改質を行い、短時間、濃いガス流を希薄混合ガスに周期的に変える。この希薄期間は、触媒を効果的に洗浄して、改質触媒の触媒作用を保つようにし、この際、高く、ほぼ一定のレベルで水素の生成を保つようにする。このため、低い水蒸気−対−炭素の比で水素を生成できるという長所を有する。本明細書で詳述するように、この方法は、部分的な酸化、自動熱処理システム、及び過酸化水素をオキシダントとして用いるシステムに適用できる。このような方法では、酸素を含むガス流を用いて、炭化水素燃料を加えて、濃い混合ガスを形成する。ガス流内の炭化水素燃料の流量(フローレート)を減らしたり、オキシダントの流量を増やすことで、周期的な希薄操作を行うことができる。炭化水素燃料の流れを減らす実施形態の一つでは、燃料の流れを停止するか、減らして、必要とされる希薄状態を生じさせる。酸素を含むガス流を用いる本発明の方法では(例えば、部分的な酸化、自動熱処理、及びオキシダントとして過酸化水素)、酸化触媒と改質触媒を含む触媒領域の上流でガス流内に炭化水素燃料を導入する。加えられた炭化水素燃料の一部は、酸化触媒上で酸化されて、残りの燃料のほぼ全部は、改質触媒上で改質されて、水素と一酸化炭素を生成する。ガス流内の酸素のほぼ全部は、酸化反応で消費されて、触媒領域からほぼ全く酸素が排出されないようにする。
本発明は、水素の生成のため、部分的な酸化と自動熱処理方法を提供する。これら方法は、酸化触媒と改質触媒の双方を含む触媒領域の上流で酸素を含むガス流に対して炭化水素燃料を導入することを含む。自動熱処理法では、ガス流はさらに、水(水蒸気)を含む。導入される炭化水素燃料の一部は改質触媒上で酸化され、ガス流内のほぼ全部の酸素が燃焼反応で消費され、残りの燃料のほぼ全部が改質触媒上で改質されて、燃料と水を水素と一酸化炭素に変える。炭化水素燃料が酸素を含むガス流内に導入される時、濃い混合ガスが生じる。ガス流は、短時間、周期的に希薄混合ガスに変えられて、触媒を洗浄して、改質触媒の触媒作用と水素の生成を保つ。希薄混合ガスは、炭化水素燃料の濃度を減少させることで、又は酸素の濃度を上昇させることで、生成されてもよい。実施形態の幾つかでは、ガス流は、約0.1%〜約20%の時間で希薄になる。実施形態の幾つかでは、ガス流は、約0.1、0.5、1、5、10、15又は20%の時間のいずれかで希薄になる。実施形態の幾つかでは、ガス流は、少なくとも約0.1、0.5、1、5、10又は15%の時間のいずれかで希薄になり、上限は、少なくとも約0.5、5、10、15又は20%の時間のいずれかでもよい。望ましくは、ガス流が希薄になる時間の割合は小さいが、これは、この時間の間、水素の生成は減少することがあり、方法の全体的な水素の生成率が減少するためである。好適な方法では、水素の出力割合と水素の濃度を経時的にほぼ一定のままにする。
メタノール、エタノール、メタン、エタン及びプロパンのような幾らか軽い炭化水素を改質するためには、低めの水蒸気−対−炭素の比で、反応物(例えば、炭化水素と水蒸気)の連続した流れを適当な温度で改質できる。典型的に、このような軽い炭化水素では、H2O−対−“C”又は水蒸気−対−炭素の質量の(モル当たりの)比は、2〜4の範囲内にある必要がある。水蒸気−対−炭素の比を用いることは、炭化水素の改質を論じる際に通常のことであり、これは、水蒸気又はH2O−対−炭化水素のモル比を反応物流内でC1として示す。ガソリンやディーゼル燃料のような幾らか重い炭化水素、特に硫黄を含む炭化水素燃料では、適当な改質割合を得て、触媒が非作用になることを防ぐために、水蒸気−対−炭素の比は、5〜10の範囲内でかなり高い必要があり、又は、反応温度は、800℃以上でかなり高い必要があることが解っている。改質割合が低過ぎる場合、大量の触媒が必要となり、実施上、装置が費用高になったり、大き過ぎるようになる。
周期的な希薄操作又は周期的に高めの水蒸気−対−炭素の比の操作は、約1秒〜約10秒又はこれより長い全サイクル時間を有することがあるが、触媒の非作用が遅い場合には、数時間に及ぶこともある。このサイクル時間中、システムを希薄又は高めの水蒸気濃度で操作する時間の割合は、約0.1%〜約20%に変化でき、しばしば、これは約0.1〜約10%である。例えば、10秒のサイクル時間で操作する場合、目標の自動熱処理状態で9秒の濃い操作を行って、また、10%の希薄時間に相当するように、触媒の作用をメンテナンスするための1秒の希薄操作を行ってもよい。同様に、水蒸気−対−炭素の比は、1秒、又は、全時間の10%で増大できる。実施形態の幾つかでは、希薄ガス混合で、又は、高めの水蒸気−対−炭素の比でシステムを駆動する時間の量は、約0.1秒〜約5分の時間範囲内である。実施形態の幾つかでは、希薄操作中、当量比は0(炭化水素燃料ゼロ)〜0.95で変化してもよい。水蒸気の改質操作又は水蒸気が加えられる自動熱プロセスでは、水蒸気−対−炭素の比を増大するために、水蒸気流を増やすことができる。この操作のタイプの実施形態の幾つかでは、水蒸気−対−炭素の比を約0.5〜無限に増大したり、約1〜約20に増大することがある。与えられたプロセスでは、水蒸気−対−炭素の比を、約2〜約10倍増大させて、触媒作用を実質的に向上させる。あるいは、炭化水素の流れを減らして、水蒸気−対−炭素の比を同様に増やすこともできる。
本発明は、実施形態の一つでは、酸素と水蒸気を供給するために、過酸化水素の水溶液を用いて、炭化水素燃料の自動熱処理を行うために燃料プロセッサーを提供する。過酸化水素は加熱されて、O2とH2Oに分解される。プロパン、ガソリン、ケロシン、ジェット燃料、又はディーゼル燃料のような炭化水素燃料を、酸化水素溶液とともに燃料プロセッサーの触媒領域に供給して、自動熱処理を行う。炭化水素燃料と過酸化水素溶液は、小さな液滴のスプレーとして、同じ加熱経路や気化通路に噴射されて、ここでこれら成分を気化して、触媒と接するように混合流を形成してもよい。あるいは、炭化水素燃料と過酸化水素水溶液は、夫々別に異なる経路に供給されて、気化されてから、触媒と接する前に、別の蒸気流を混合させてもよい。後者の仕方は、酸素が存在する場合に、高温で、炭化水素燃料が熱分解する傾向がある場合に好適とされることがある。炭化水素燃料は、燃焼触媒上で部分的に酸化されて、改質用の熱を提供し、残りの燃料は、改質触媒上で改質される。このプロセスでは、酸素、水及び炭化水素を、H2、CO及びCO2に変える。周期的に、炭化水素燃料の流量は、短時間、減少されたり、停止されて、過度の酸素を含む希薄反応混合ガスを生じさせる。上述したように、これによって触媒を洗浄して、触媒作用を保つことを助けることができる。過酸化水素を利用することには利点があるが、それは、過酸化水素は、高圧の操作に対応できる液体としてポンプできる、貯蔵可能な液体のためである。一方、高圧のエアを供給することはより難しくなるが、それは、ガスの圧縮はより効率的でなく、また、大きくて重い装置部品であり、高めのエネルギー入力を要する空気圧縮機を必要とするためである。過酸化水素は、一般的に、重量で90%までの濃度で商業的に入手可能である。実施形態の幾つかでは、水中の過酸化水素の濃度は、約32%W/W〜約50%W/Wの範囲内であり、これによって、正確な発熱性の熱の解放割合を得るために、燃料と過酸化物の流量を調整する時に、約2〜約4の水蒸気−対−炭素の比を提供できる。実施形態の幾つかでは、与えられた操作時間で必要とされる過酸化物溶液の容量と重量を減らすため、2に近い水蒸気−対−炭素の比の濃度が好適とされる。様々な実施形態では、重量のうち約30〜約32、約32〜約35、約35〜約40、約40〜約45、又は約45〜約50%を含む過酸化水素溶液を用いる。
実施形態の幾つかでは、本明細書で説明されるように、熱交換器を備えて、水素を生成するために燃料プロセッサーに入る反応物に熱を提供する。熱交換器は、触媒領域から下流のガス流から、触媒領域の上流のガス流まで、熱を伝える。熱交換器は、金属、セラミック、又は所望の特性を備えた任意の他の材料から形成でき、暖かい生成物流からより冷たい反応物流まで熱を伝える構造を有して、本発明に従うように、全体的な熱効率を向上させる。
本発明のシステムは、実施形態の幾つかでは、触媒のオーバーヒートと破損を防ぐように、可変コンダクタンス層を含む。図10を参照すると、高い発熱状態と高い操作温度下で改質できる他の改質器構成が概略的に示されている。この図に示された構成では、入口内で燃料と酸化成分の混合1001が触媒を含む室1002内へと流れて、金属面1004上に被覆された触媒層1003と接する。冷却ガス流1005が冷却室1006を通って流れて、金属面1007上を通過する。金属成分1004と1007は、可変コンダクタンス層を提供するように、可変のコンダクタンス材料1008を備えた室である。触媒1003上の反応からの過度の熱は、金属層1004、可変コンダクタンス層1008及び金属層1007を通ることができ、冷却ガス流1006によって除くことができる。
本発明の部分的な酸化と自動熱処理方法では、酸化と改質触媒の双方を利用し、酸素を含むガス流に導入される炭化水素燃料の一部を酸化触媒上で酸化して、導入される燃料の残りを改質触媒上で改質する。本発明の水蒸気改質方法は、改質触媒のみを利用して、導入される炭化水素燃料と水蒸気を改質触媒上で改質する。
実施形態の幾つかでは、水素選択膜を用いて、水素を改質反応の他の成分物から分離するのに用いる。図2に示した実施形態の一つでは、選択膜206は、単一のチューブや、チューブの束や、所望の表面領域を備えた波形シリンダーや、所望の表面領域を備えるために螺旋状に形成された直径の小さなチューブの形態でもよい。実施形態の一つでは、選択膜は、アッカーマンとコシュキン(Ackerman and Koskinas)によって、1972年にジャーナル・オブ・ケミカル・アンド・エンジニアリング・データ 17(1)の51-55に記載された、パラジウム又は、パラジウム、パラジウム- 銀又はパラジウム-銅を含む合金のような金属膜を含む。他の実施形態では、選択膜は、バラチャンドラ(Balachandran)と他の者によって、2002年にプレプリント・オブ・シンポジア、アメリカン・ケミカル・ソサイエティ、ディビジョン・オブ・フューエル・ケミストリー 47(2)の820-821の“水素分離用に開発された濃いセラミック膜の近年の進展”、さらにシリワルデネ(Siriwardane)と他の者によって、2003年にアプライド・サーフェス・サイエンス 217(1-4)の43-49に記載された、H2用の高い選択性のセラミック膜を含む。選択的に、選択膜の外面には、COからH2への変化を促進するように、式1に示した、水性ガスシフト触媒用の触媒を被覆していてもよい。
実施形態の幾つかでは、濃い混合を生じさせるため、燃料噴射器を用いて、流動するガス流内に炭化水素燃料を導入する。本発明に用いるのに適する燃料噴射器の多くは、当該技術分野で既知である。本発明の実施形態の幾つかでは、加圧燃料を噴射器に供給してから、噴射器が流動制御弁を開閉して、燃料の流れをオンとオフに切り替える。このような噴射器は、自動車の燃料噴射器用に広範囲に開発されており、例えば、米国特許第6,454,192号、第5,979,866号、第6,168,098号及び第5,950,932号に開示されている。このような噴射器は、30〜600psigの範囲内で、燃料を低圧で供給して、典型的に、0.2〜1ミリ秒の範囲の速度で、非常に素早く、燃料の流れのオンとオフの切り替えを行うことができるが、電気信号を用いて、噴射器内のソレノイドや弁を移動させる。このような燃料噴射器は、燃料の流れを制御するためにオープンにする時間の割合を設定して、噴射器を非常に素早く開閉させることで、燃料の流量を制御する。本発明の装置に用いる場合、この開閉の頻度は非常に早い場合があるので、燃料の流れをほぼ一定にする。例えば、10〜200Hzの頻度で、オープンにする時間の割合を制御して、濃いパルス中に所望の当量比を得るように、燃料の流量を制御できる。次に、燃料噴射器を、希薄期間中、完全に閉ざす。従って、このような燃料噴射器は、二つの頻度の成分で操作されてもよく、濃い期間と希薄期間中に、必要とされる燃料の流量を得るために高い頻度の成分を用いてもよい。噴射器は、希薄期間中、基本的にオフにされるが、これは、操作の第二の頻度で定められる。燃料プロセッサーの触媒温度を保つために、希薄期間中に何らかの燃料の流れが望まれる場合、オープンにする時間の割合を非常に低くして、噴射器の高い頻度の操作が、非常に低い燃料の流れとなるようにすることがある。
典型的に、本明細書で説明した改質プロセスでは、全ての反応物が液体として導入される時、ガス圧縮を必要としない。ガス圧縮は、システム上、かなり寄生的な負荷であり、高圧の改質をすることがあるが、幾つかの商業的な分野では魅力的でないとされている。実施形態の一つでは、高度に携帯可能なシステムを組み付けることができ、この際、高圧のCO2カートリッジによって液体ストレージタンクに圧力を提供できる。このことは、図3に示したシステムに示されており、この燃料プロセッサーユニット300は、図2に示した燃料プロセッサーと同様に、過酸化水素溶液301と炭化水素液体302をタンク内に供給する。これらタンクは、機械的なポンプやCO2カートリッジ303と304によって、空気を用いて加圧できる。タンクは、反応剤を充填でき、そして、シールされて、一方向弁305と306を通ってCO2カートリッジを放出して、液体フィードを加圧する。タンクの充填は、圧力容器301と302内に装着されるプラスチックの容器やプラスチックのバッグ内に液体を含ませて、圧力容器をシールして加圧することで、より便利にすることができる。プラスチックの容器を装着する際、容器を開口させたり、空けることで、加圧された時、流体が加圧容器から流出する場合が起こり得る。燃料プロセッサー内への液体の流れは、弁307と308によって制御する。これら反応物は、ライン309を介して、熱交換器内に流入する。実施形態の一つでは、弁307と308はスプレー型の噴射器であって、自動車の燃料噴射システムに用いられるものと同様であって、熱交換器の入口に設けられるが、ここで、燃料と過酸化水素溶液の細かい液滴の噴射によって、液体反応物の気化を助けることができる。
開始中、図2に概略的に示した、触媒サポート面204と熱交換器201の双方とも、電気ヒーターのような外部の動力源によって電気的に加熱できるので、炭化水素と過酸化水素溶液の混合や他の反応物が、自動熱処理触媒上で反応に必要な温度に達することができる。携帯型システムの重要な構成として、しばしば、熱交換器、触媒サポート面、及び電気加熱部品の熱式質量は十分に小さいので、素早く加熱して、少量の電力のみを要する。
酸素と水の源として過酸化水素を用いる自動熱処理反応のエネルギーバランス計算は、効果的なS:C比が過酸化水素溶液の濃度に基づくことを示すが、これは、蒸気は水と過酸化水素の分解から得られるためであり、次の表1を参照すると、様々な過酸化水素溶液の入口の濃度での、自動熱処理モードでディーゼル燃料を改質する時のS:C比を示している。この特定のケースでは、目標の反応温度は700℃で、入口の反応物は400℃に予熱することを仮定する。この表から、所望の過酸化水素の濃度は、20〜45%の範囲内で、選択的に25〜40%であることが理解できる。本発明の実施形態の幾つかでは、過酸化水素の濃度は、約20、25、30、35、40又は45%のいずれかを用いる。実施形態の幾つかでは、過酸化水素の濃度は、少なくとも約20、25、30、35又は40%のいずれかで、上限は約25、30、35、40又は45%の過酸化水素の任意のものを用いる。
上述した燃料改質システムは、電力を提供するため、燃料電池と合わせて用いることができる。本発明に従って用いることのできる燃料電池の例は制限されず、これには、リン酸型燃料電池、PEM又は陽子交換膜型燃料電池、固体電解質燃料電池、又は当該技術分野の当業者には公知の他のタイプの燃料電池が含まれる。これら装置の全ては、本明細書で説明した改質システムによって生産される水素を利用できる。水素生成流は燃料電池に流れて、燃料電池が水素を空気中の酸素と合わせて消費して、これはまた、電力を生じさせるために燃料電池に供給される。実施形態の一つでは、上述したように生成した純粋な水素蒸気をPEM燃料電池に用いる。本明細書で説明したように生成された水素で駆動される燃料電池は、例えば、携帯型動力源として、争点では、自動車内で、バックアップパワー生成用の補助動力装置用に、又は通信スイッチステーション用に利用できる。
硫黄による触媒の損傷について:
高度の硫黄燃料は改質触媒を非作用にする傾向があり、このため、触媒が非作用になることを加速させる。そこで、パルスモードで操作することで、希薄期間中、周期的又はサイクル的な希薄/濃い状態によって、触媒を周期的に再生できるようにする(コークの生成をバーンオフさせる)。
反応物が液体相のため、向上された圧力で改質器を操作するためにガス圧縮を必要としない。液体として反応物を高圧で提供することで、ガスを同じ圧力で圧縮することよりも一層効率的になる。
このシステムの組み合わされた特徴により、携帯型の動力分野の範囲に適する、コンパクトで、携帯型のシステムが得られる。
このシステムの組み合わされた特徴により、携帯型の動力に利用できる、小容量のシステムが得られる。
例1
改質と燃焼触媒の準備
(ジルコニアサポートの自動熱処理触媒の組立て)
9%WのLaと29%wのCeを含むLa-Ce-Zrの混合の酸化物上にサポートしたロジウム触媒は、次にように準備される。5グラムのジルコニア(DKK 日本国、RC-100P)の重量を測り、110℃で8時間空気中で乾かす。硝酸ランタンとセリウムの水溶液を、29%wのCeO2、9%wのLa2O3の成分で最終的な触媒を用意するために、ジルコニアに加えて、セラミック・スパチュラを用いて練ってドライパウダーを形成する。浸透したパウダーを6時間、110℃で空気中で乾燥させて、4時間、600℃で空気中で熱処理した。得られたパウダーの重量を測って、モルタルときねで軽く磨く。次に水中の三塩化ロジウムの溶液を加えて、ウエットパウダーを形成して、1%wのRhの成分の最終的な触媒をつくる。浸透したパウダーを、6時間、110℃で空気中で乾燥して、4時間、700℃で空気中で熱処理した。
混合物は水とともに粉にされたボールにして、水中で触媒のコロイド状のゾルを形成する。このゾルは、内径1.086cmのチタンのチューブの内面上で被覆されて、4.34mg/cm2の密度で、チューブの内面の50.9cmの長さをカバーするように被覆を形成する。最終的に被覆されたチューブは、0.753gの触媒を含む。
壁を被覆した反応器内で過酸化水素を用いてディーゼル改質をテストする
環状の壁を被覆した、ベンチスケール反応器内で、オキシダントとして過酸化水素を用いて、ディーゼル燃料の自動熱処理を行ったコンセプトについて例示する。例1で示した触媒についてテストしたが、コーキングによる触媒の損傷を防ぐとともに、吸熱性の改質反応に要する熱の生成を保つために、周期的な希薄操作を行えるように、ディーゼル燃料のさらなる制御を行った。
反応温度、過酸化物の濃度、噴射サイクル期間、及び反応の際の希薄−対−濃い比の効果を決定するように実験を構成した。
Claims (35)
- H2とCOを生成するための方法であって、O2を含むガス流内に炭化水素燃料を導入して、濃い混合ガスを形成し、この際、改質触媒と酸化触媒を含む触媒領域の上流で前記燃料を導入して、この導入した燃料を前記触媒領域を通るように流して、前記濃い混合ガス内の前記炭化水素燃料の一部を前記酸化触媒上で酸化して、残りの炭化水素燃料のほぼ全部を前記改質触媒上で改質して、これによってH2とCOを生成し、この際、前記ガス流を周期的に、短時間、希薄混合ガスに変えて、前記導入される炭化水素燃料の濃度を減らすか、前記ガス流内のO2の濃度を増やして、前記触媒の作用を保つことを特徴とする方法。
- さらに前記触媒領域の下流に混合容量を設けて、この混合容量の出口で水素の濃度をほぼ一定にすることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ガス流が前記希薄混合ガスに変えられる時間の割合は、約0.1%〜約20%であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記触媒領域から出るガス流からの熱を、熱交換器を通って、前記触媒領域の上流のガス流に伝えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記炭化水素燃料は、ガソリン、ディーゼル燃料、JP8、JetA又はケロシンからなる一群から選ばれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記改質触媒は、Ni、Ru、Rh、Pd、及びPtの一つ又は複数を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記改質触媒上で生成するH2を、選択拡散膜を用いて、前記ガス流の他の成分から分離することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記選択拡散膜は、Pd又はPd合金を含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記拡散膜は、水性ガスシフト反応を可能とする触媒を用いて被覆されることを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 燃料電池内に前記H2を導入することを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 請求項1の方法に従って生成されることを特徴とするH2を含むガス流。
- 前記酸化触媒は、Pd、Pt、Rh、Cu、Co、Fe、Ni、Ir及びMoの一つ又は複数を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記酸化触媒は、Pd、Pt又はこれらの組合わせを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ガス流はさらにH2Oを含み、このH2Oを、前記改質触媒上で前記炭化水素燃料とともに自動熱処理によって消費することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- さらに前記触媒領域の下流に混合容量を設けて、この混合容量の出口で水素の濃度をほぼ一定にすることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- H2とCOを生成するための方法であって、ガス流内に炭化水素燃料とH2O2を導入して、濃い混合ガスを形成し、この際、改質触媒と酸化触媒を含む触媒領域の上流で前記燃料を導入して、この導入した燃料を前記触媒領域を通るように流して、前記濃い混合ガス内の前記炭化水素燃料の一部を前記酸化触媒上で酸化して、残りの炭化水素燃料のほぼ全部を前記改質触媒上で改質して、これによってH2とCOを生成し、この際、前記ガス流を周期的に、短時間、希薄混合ガスに変えて、前記導入される炭化水素燃料の濃度を減らすか、前記ガス流内のH2O2の濃度を増やして、前記触媒の作用を保つことを特徴とする方法。
- さらに前記触媒領域の下流に混合容量を設けて、この混合容量の出口で水素の濃度をほぼ一定にすることを特徴とする請求項16に記載の方法。
- H2とCOを生成するための方法であって、ガス流内に炭化水素燃料を導入して、濃い混合ガスを形成して、この際、前記ガス流はH2Oを含み、改質触媒を含む触媒領域の上流で前記燃料を導入して、この導入した燃料を前記触媒領域を通るように流して、前記炭化水素燃料のほぼ全部を前記改質触媒上で改質して、これによってH2とCOを生成し、この際、前記ガス流内のH2O−対−炭素の比を周期的に、短時間、増大して、前記導入される炭化水素燃料の濃度を減らすか、前記ガス流内のH2Oの濃度を増やして、前記触媒の作用を保つことを特徴とする方法。
- さらに前記触媒領域の下流に混合容量を設けて、この混合容量の出口で水素の濃度をほぼ一定にすることを特徴とする請求項18に記載の方法。
- 前記H2O−対−炭素の比を周期的に、約2〜約10の割合で増大することを特徴とする請求項18に記載の方法。
- H2とCOを生成するためのシステムであって、入口と、改質触媒と酸化触媒を含む触媒領域と、出口と、前記入口から前記触媒領域を通って前記出口に流れるO2を含むガス流と、炭化水素燃料を含むリザーバーとを有し、このリザーバーを前記触媒流域の上流と前記入口の下流で流通させ、
前記触媒領域の上流で前記リザーバーから炭化水素燃料を導入して、前記入口から前記出口に流れるガス流内に濃い混合ガスを形成して、この濃い混合ガスが前記触媒領域を通って流れるように前記システムを構成して、
十分な量の前記炭化水素燃料を導入して、前記濃い混合ガスが前記触媒領域を通って流れるにつれて、前記導入された炭化水素燃料の一部を前記酸化触媒上で酸化して、残りの炭化水素燃料のほぼ全部を前記改質触媒上で改質して、これによってH2とCOを生成するように前記システムを構成して、
前記ガス流を周期的に、短時間、希薄混合ガスに変えて、前記導入される炭化水素燃料の濃度を減らすか、前記ガス流内のO2の濃度を増やして、前記触媒の作用を保つように前記システムを構成することを特徴とするシステム。 - さらに前記触媒領域の下流に混合容量を設けて、この混合容量の出口で水素の濃度をほぼ一定にすることを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- さらに熱交換器を設けて、前記触媒領域から下流で前記ガス流からの熱を、前記熱交換器を介して、前記触媒領域から上流のガス流に伝えることを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- さらに選択拡散膜を設けて、前記改質触媒上で生成されるH2を、前記選択拡散膜を通ってガス流のほかの成分から分離することを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- さらに燃料電池を設けて、前記選択膜を介して分離されたH2を、前記燃料電池に導入することを特徴とする請求項24に記載のシステム。
- 前記ガス流はさらにH2Oを含み、前記改質触媒上の前記炭化水素燃料とともに前記H2Oを自動熱処理で消費することを特徴とする請求項21に記載のシステム。
- さらに前記触媒領域の下流に混合容量を設けて、この混合容量の出口で水素の濃度をほぼ一定にすることを特徴とする請求項26に記載のシステム。
- H2とCOを生成するためのシステムであって、入口と、改質触媒と酸化触媒を含む触媒領域と、出口と、前記入口から前記触媒領域を通って前記出口に流れるO2を含むガス流と、炭化水素燃料を含むリザーバーと、H2O2を含むリザーバーとを有し、これらリザーバーを前記触媒流域の上流と前記入口の下流で流通させ、
前記触媒領域の上流で前記リザーバーからの炭化水素燃料とH2O2を導入して、前記入口から前記出口に流れるガス流内に濃い混合ガスを形成して、この濃い混合ガスが前記触媒領域を通って流れるように前記システムを構成して、
十分な量の前記炭化水素燃料を導入して、前記濃い混合ガスが前記触媒領域を通って流れるにつれて、前記導入される炭化水素燃料の一部を前記酸化触媒上で酸化して、残りの炭化水素燃料のほぼ全部を前記改質触媒上で改質して、これによってH2とCOを生成するように前記システムを構成して、
前記ガス流を周期的に、短時間、希薄混合ガスに変えて、前記導入される炭化水素燃料の濃度を減らすか、前記ガス流内の導入されるH2O2の濃度を増やして、前記触媒の作用を保つように前記システムを構成することを特徴とするシステム。 - さらに前記触媒領域の下流に混合容量を設けて、この混合容量の出口で水素の濃度をほぼ一定にすることを特徴とする請求項28に記載のシステム。
- H2とCOを生成するためのシステムであって、入口と、改質触媒を含む触媒領域と、出口と、前記入口から前記触媒領域を通って前記出口に流れるガス流と、炭化水素燃料を含むリザーバーとを有し、このリザーバーを前記触媒流域の上流と前記入口の下流とから流通させ、この際、前記ガス流はH2Oを含み、
前記触媒領域の上流で前記リザーバーから炭化水素燃料を導入して、前記入口から前記出口に流れるガス流内に濃い混合ガスを形成して、この濃い混合ガスが前記触媒領域を通って流れるように前記システムを構成して、
前記濃い混合ガスが前記触媒領域を通って流れるにつれて、前記炭化水素燃料のほぼ全部を前記改質触媒上で改質して、これによってH2とCOを生成するように前記システムを構成して、
前記ガス流内のH2O−対−炭素の比を周期的に、短時間、増大して、前記炭化水素燃料の濃度を減らすか、前記ガス流内のH2Oの濃度を増やして、前記触媒の作用を保つように前記システムを構成することを特徴とするシステム。 - さらに前記触媒領域の下流に混合容量を設けて、この混合容量の出口で水素の濃度をほぼ一定にすることを特徴とする請求項31に記載のシステム。
- 前記改質触媒は、可変熱コンダクタンス層と伝熱的に接して、この可変熱コンダクタンス層は冷却媒体と接しており、前記可変熱コンダクタンス層は、前記改質触媒の所望の操作温度と近い温度で熱伝導率を上昇させることを特徴とする請求項31に記載のシステム。
- 前記冷却媒体は、流動するガス流であることを特徴とする請求項32に記載のシステム。
- 前記改質触媒は、フィン構造上で被覆され、前記ガス流は、前記フィン構造上を流れる炭化水素燃料を含むことを特徴とする請求項32に記載のシステム。
- 前記可変コンダクタンス層を通る熱は、前記冷却媒体に露出されるフィン構造を通ることを特徴とする請求項32に記載のシステム。
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